一种施肥行数可变的气力集排式变量施肥装置及其工作方法

本发明涉及农业机械，尤其涉及一种施肥行数可变的气力集排式变量施肥装置及其工作方法。

背景技术：

1、目前越来越多科研人员聚焦于研究气力集排式变量施肥技术。相关研究结果表明，合理的种肥施用方式和施用量有利于作物生长和增产，提高肥料的利用率。但由于施肥技术与施肥装置落后等原因导致我国化肥过量施用，且化肥利用率较低，仅为30％左右。化肥的盲目过量施用，导致农作物产量品质降低、土壤板结退化、肥力下降和水体严重污染。而变量施肥技术可以实现精确控制农田每一个区域的化肥施用量，从而实施有效、科学的施肥方式，有力地推动农业生产，使农业生产更加高效、可持续地开展，进而促进农村地区的可持续发展。宽幅施肥作业机具在不规则地块以及地块边缘作业时，机具施肥行数大于地块的作业行数，面临着重复作业或者不进行施肥作业的两难选择。

2、当前国外主流气力集排式施肥装置主要采用分配装置将肥料均匀分配至各个施肥单体，各行施肥量相同，不能实现变量施肥。中国专利cn110771328a《一种气力集排式颗粒肥料变量分配装置》公开了一种肥料变量分配装置，可根据作物生长需要，输出上下不同施肥量的两层肥料，但是该装置为通过手柄手动调节，在机具作业过程中不能动态调节，且各个作物行施用的肥料量相同；中国专利cn116420470a《气流输送式播种机及其区段控制式种/肥导流分配装置》公开了一种气流输送式播种机及其区段控制式种/肥导流分配装置，可实现宽幅排种/肥及控制行的区段控制，然而该装置一次只能控制固定施肥/播种行数的区段控制和变量播种，并不能实现各个施肥行数的独立控制，进行变量施肥时，不能使各个施肥行的施肥量独立变化，不能很好满足基于施肥处方图的变量施肥技术要求，且该装置并没有涉及行数改变以及变量施肥时，排肥装置的流量控制方法。

3、因此，亟需一种施肥行数可变的气力集排式变量施肥装置及其工作方法来实现依据农田各个区域的作物肥料需求量进行变量施肥，解决宽幅施肥机具在地块边缘重复作业或者不作业的难题。

技术实现思路

1、本发明的目的是提出一种施肥行数可变的气力集排式变量施肥装置及其工作方法。

2、一种施肥行数可变的气力集排式变量施肥装置，包括风机、气肥混合器、回流装置、电驱排肥装置、分配装置、分流装置、波纹输送管、回流管、出口管和主输送管；分配装置包括分配装置锥形盖板和分配装置壳体，且分配装置壳体上设置分配装置出肥口；分流装置包括分流装置壳体、分流装置侧板、舵机保护壳、分流挡板、舵机摆臂、舵机安装部件、舵机；分流装置壳体上设置分流装置进肥口、分流装置回流口、分流装置出肥口；

3、其中，风机的出风口通过变径接头与气肥混合器的进风口相连，电驱排肥装置与回流装置相连，回流装置与气肥混合器的进肥口相连，气肥混合器的出肥口、主输送管、波纹输送管、分配装置依次相连，分配装置出肥口通过管道与分流装置进肥口相连，分流装置出肥口与出口管相连，分流装置回流口通过回流管与回流装置相连；舵机通过舵机安装部件安装在舵机保护壳上；舵机保护壳通过螺栓固定在分流装置的壳体上，舵机通过舵机摆臂控制分流挡板摆动。

4、电驱排肥装置包括排肥器壳体、端盖、电驱排肥装置安装板、肥箱、电机减速器、电机、减速器安装架、电机固定架、螺旋槽轮、排肥轴、轴承、密封圈；

5、其中，电机与电机减速器相连，电机减速器通过减速器安装架和电机固定架安装在排肥器壳体上；螺旋槽轮上设置螺旋槽轮轴孔和槽轮凹槽；螺旋槽轮通过螺旋槽轮轴孔与排肥轴配合，排肥轴与电机减速器相连；肥箱与电驱排肥装置安装板固连；端盖、电驱排肥装置安装板分别固定在排肥器壳体的两个面上；排肥轴通过轴承和端盖与排肥器壳体固定；密封圈安装在排肥轴的两端。

6、电机为无刷电机。

7、主输送管由水平输送管、弯头、竖直输送管组成，肥料水平输送经过弯头后变为竖直向上输送。

8、波纹输送管的内部结构为v型槽。

9、分配装置锥形盖板的锥角为120°。

10、分配装置出肥口的数量为6个。

11、一种施肥行数可变的气力集排式变量施肥装置的工作方法，电机带动电驱排肥装置控制排肥流量，肥料经过回流装置与通过回流管回流的肥料一同进入气肥混合器，在风机提供的正压气流下，依次经过主输送管、波纹输送管、分配装置、分流装置，一部分通过回流管进入回流装置，另一部分通过出口管通往施肥部件处；当施肥作业行数少于分配装置出肥口的数量时，在多余行数的分流装置通过舵机控制分流挡板关闭施肥通道，控制肥料回流至回流装置。

12、当机具作业速度稳定、施肥机具施肥作业行数少于6行时，需要所在多余行数的分流装置通过舵机控制分流挡板关闭施肥通道，控制肥料回流至回流装置，当电驱排肥装置刚开始排肥至肥料到达回流管前，电驱排肥装置排肥流量为

13、q1＝q＝6q2

14、

15、q3＝0

16、经过时间t后，回流的肥料开始到达回流装置，电驱排肥装置的排肥流量为

17、q1＝q-nq3

18、q2＝q3

19、式中：q为主输送管的肥料流量，g/s；q1为电驱排肥装置的排肥流量，g/s；q2为出口管的肥料流量，g/s；q3为回流管的肥料流量，g/s；n为关闭的施肥行数；m为单位面积目标施肥量，kg/hm2；v为施肥作业速度，m/s；b为施肥幅宽，m。

20、当施肥作业速度稳定，以稳定的频率控制分流挡板进行变量施肥时，电驱排肥装置排肥流量为

21、q1＝q-q回流

22、式中：q回流为回流装置的回流肥料流量；

23、分流装置通往施肥部件的出口管肥料流量为

24、

25、式中：d为分流装置通道截面宽度，m；l为分流挡板的摆臂长度，m；d1为施肥通道的截面宽度，m；θ为分流挡板的摆臂与水平方向上的夹角。

26、本发明的有益效果在于：

27、1、本发明通过风机、电驱排肥装置、气肥混合器、主输送管、波纹输送管和分配装置，可实现空气与肥料的精准排肥、高效混合、稳定运输和均匀分配。

28、2、本发明采用在分配装置的出口管之间增加可独立控制的分流装置，通过舵机控制肥料流向施肥部件或者回流装置，可实现在作业过程中控制施肥行数，解决宽幅施肥机具在地块边缘重复作业或者不作业的难题，使施肥机具作业适应性更好。

29、3、本发明采用的分流装置，通过舵机控制分流挡板，可按照不同比例分配肥料至施肥部件处，多余的肥料通过回流装置再次进入主输送管道，依据回流装置的回流肥料流量控制无刷电机调节电驱排肥装置排肥流量，实现施肥流量独立控制，依据作物肥料需求量和地块养分情况，分别调节施肥流量，进行变量施肥。

30、4、本发明相较于传统固定施肥量施用，更能节约肥料施用，在促进作物生长的同时还能避免肥料过度施用造成环境污染。

技术特征：

1.一种施肥行数可变的气力集排式变量施肥装置，其特征在于，包括风机(1)、气肥混合器(2)、回流装置(3)、电驱排肥装置(4)、分配装置(5)、分流装置(6)、波纹输送管(7)、回流管(8)、出口管(9)和主输送管(10)；所述分配装置(5)包括分配装置锥形盖板(51)和分配装置壳体(52)，且分配装置壳体(52)上设置分配装置出肥口(521)；所述分流装置(6)包括分流装置壳体(61)、分流装置侧板(62)、舵机保护壳(63)、分流挡板(64)、舵机摆臂(65)、舵机安装部件(66)、舵机(67)；所述分流装置壳体(61)上设置分流装置进肥口(611)、分流装置回流口(612)、分流装置出肥口(613)；

2.根据权利要求1所述施肥行数可变的气力集排式变量施肥装置，其特征在于，所述电驱排肥装置(4)包括排肥器壳体(41)、端盖(42)、电驱排肥装置安装板(43)、肥箱(44)、电机减速器(45)、电机(46)、减速器安装架(47)、电机固定架(48)、螺旋槽轮(49)、排肥轴(410)、轴承(411)、密封圈(412)；

3.根据权利要求2所述施肥行数可变的气力集排式变量施肥装置，其特征在于，所述电机(46)为无刷电机。

4.根据权利要求1所述施肥行数可变的气力集排式变量施肥装置，其特征在于，所述主输送管(10)由水平输送管、弯头、竖直输送管组成，肥料水平输送经过弯头后变为竖直向上输送。

5.根据权利要求1所述施肥行数可变的气力集排式变量施肥装置，其特征在于，所述波纹输送管(7)的内部结构为v型槽。

6.根据权利要求1所述施肥行数可变的气力集排式变量施肥装置，其特征在于，所述分配装置锥形盖板(51)的锥角为120°。

7.根据权利要求1所述施肥行数可变的气力集排式变量施肥装置，其特征在于，所述分配装置出肥口(521)的数量为6个。

8.一种权利要求2所述施肥行数可变的气力集排式变量施肥装置的工作方法，其特征在于，电机(46)带动电驱排肥装置(4)控制排肥流量，排出的肥料经过回流装置(3)与通过回流管(8)回流的肥料一同进入气肥混合器(2)，在风机(1)提供的正压气流下，依次经过主输送管(10)、波纹输送管(7)、分配装置(5)、分流装置(6)，一部分通过回流管(8)进入回流装置(3)，另一部分通过出口管(9)通往施肥部件处；当施肥作业行数少于分配装置出肥口(521)的数量时，在多余行数的分流装置(6)通过舵机(67)控制分流挡板(64)关闭施肥通道，控制肥料回流至回流装置(3)。

9.根据权利要求8所述施肥行数可变的气力集排式变量施肥装置的工作方法，其特征在于，当机具作业速度稳定、施肥机具施肥作业行数少于6行时，所在多余行数的分流装置(6)通过舵机(67)控制分流挡板(64)关闭施肥通道，控制肥料回流至回流装置(3)，当电驱排肥装置(4)刚开始排肥至肥料到达回流管(8)前，电驱排肥装置(4)排肥流量为

10.根据权利要求8所述施肥行数可变的气力集排式变量施肥装置的工作方法，其特征在于，当施肥作业速度稳定，以稳定的频率控制分流挡板(64)进行变量施肥时，电驱排肥装置(4)排肥流量为

技术总结本发明公开了属于农业机械技术领域的一种施肥行数可变的气力集排式变量施肥装置及其工作方法。该装置的风机的出风口通过变径接头与气肥混合器的进风口相连，电驱排肥装置与回流装置相连，回流装置与气肥混合器的进肥口相连，气肥混合器的出肥口、主输送管、波纹输送管、分配装置依次相连，分配装置出肥口通过管道与分流装置进肥口相连，分流装置出肥口与出口管相连，分流装置回流口通过回流管与回流装置相连；舵机通过舵机安装部件安装在舵机保护壳上；舵机保护壳通过螺栓固定在分流装置的壳体上，舵机通过舵机摆臂控制分流挡板摆动。本发明更能节约肥料施用，在促进作物生长的同时还能避免肥料过度施用造成环境污染。技术研发人员：王庆杰,李贵蓉,崔奎顺,曾伟,张馨悦,徐征鑫,贾麟受保护的技术使用者：中国农业大学技术研发日：技术公布日：2024/10/17